智慧燃气管理终端的制作方法

本实用新型涉及数据采集设备技术领域，具体涉及一种用于燃气行业的具有数据实时采集远传器及数据实时采集控制系统的智慧燃气管理终端。

背景技术：

公开号为CN104881966A的中国发明专利公开了一种燃气泄漏无线远程监控系统，它包括：监测单元，其包括分设于各数据采集点的监测探头；无线单元，其包括设置于每个监测探头内的信号分离装置及远传发射装置；主控单元，其包括信号收发装置及数据处理装置，其中所述数据处理装置可根据监测数据及预设阈值生成是否报警的控制信号；执行单元，其依据上述控制信号进行相应决策的执行。该燃气泄漏监控系统，其监测探头的浓度监测更加灵敏直观，主控单元可针对不同位置的监测单元设置不同的报警浓度阈值，并在发生报警时输出控制信号，无线远程控制执行单元启动紧急切断阀等。

公开号为CN106657386A的中国发明专利公开了一种远传燃气表数据采集器、系统及方法，数据采集器包括数据采集模块、4G传输模块、微处理器和存储器，系统采用远传燃气表数据采集器、数据中心和FTP服务器。该技术方案接收来自远传燃气表的实时数据并通过4G传输模块向数据中心发送实时数据。

燃气是一种高能能源，燃气的存储、运输、供给使用等都存在着不同程度的危险，会对人身安全和财产安全造成大的伤害。因此，在燃气行业，数据采集器要符合防爆要求，可以采集燃气浓度等现场数值数据和差压状态等设备设施状态数据并实现实时跟踪监测，必要的时候能够报警。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于燃气行业的智慧燃气管理终端，它包括数据实时采集远传器及数据实时采集控制系统，可以支持GSM/GPRS、CDMA无线通讯网络，进行数据采集、监测与主动上传，采集数据可历史保存，具有兼容标准的Modbus通信协议并可对特殊仪表的通信协议自定义，多通道、多仪表支持，其电源模块具有防浪涌及短路、自保护，数据与状态报警，支持上下位数据交换，具有整体防爆认证，结构化设计，GPRS模块、主板电路、电源模块可更换。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案。

本实用新型公开了一种用于燃气行业中燃气环境和燃气设备的数据实时采集及实时跟踪监测的智慧燃气管理终端，它包括数据实时采集远传器和数据实时采集控制系统，所述数据实时采集远传器通过相应的本安型或本安关联型防爆仪表配套连接数据实时采集控制系统。

优选的是，所述数据实时采集远传器包括采集单元、微处理单元、存储单元、无线通讯模块、温度采集单元和485通道单元。

在上述任一技术方案中优选的是，所述采集单元包括单片机及AI通道单元、DI通道单元、DO通道单元、232通道单元，AI通道单元、DI通道单元、DO通道单元、232通道单元用于调试模块、传感器、泄露报警器等设备的多仪表同时进行工作；所述采集单元与微处理单元、温度采集单元、485通道单元分别相连接，所述采集单元用于定期采集传感器测量数据并及时进行跟踪运算和监测，定时或定期上传采集的数据和状态。

在上述任一技术方案中优选的是，所述微处理器单元用于实现控制指令的发送和各项数据的处理，其分别与采集单元、存储单元、无线通讯模块、电源单元相连接。

在上述任一技术方案中优选的是，所述无线通讯模块与微处理单元相连接，所述无线通讯模块用于实现微处理器单元与服务器之间的数据交互。

在上述任一技术方案中优选的是，所述存储单元与微处理单元相连接，所述存储单元用于参数的保存和采集数据的保存。

在上述任一技术方案中优选的是，所述电源单元与微处理单元相连接，所述电源单元可提供多种供电模式。

在上述任一技术方案中优选的是，所述温度采集单元连接采集单元，所述温度采集单元用于采集RTU设备所在环境温度，实现温度实时监测。

在上述任一技术方案中优选的是，所述采集单元采用基于物联网的STM32单片机进行数据采样周期、数据上传周期、参数报警点、报警持续时间的设定且同时能实现自动切换参数功能，并建立有可随时更新的计量仪表通讯协议库。

在上述任一技术方案中优选的是，所述采集单元通过现场配置软件可设定基于物联网的STM32单片机的数据采集和上传的周期。

在上述任一技术方案中优选的是，所述微处理器单元的主控芯片采用STM32F107型芯片，所述STM32F107型芯片集成有各种高性能工业标准接口且在引脚和软件上具有完美的兼容性。

在上述任一技术方案中优选的是，所述无线通讯模块采用SIM800A芯片；所述SIM800A芯片为两频GSM/GPRS模块，采用了SMT封装。

在上述任一技术方案中优选的是，所述存储单元采用24LC32A型EEPROM和SST25VF064C型FLASH进行参数的保存和采集数据的保存，参数保存在EEPROM中，采集数据保存在FLASH中。

在上述任一技术方案中优选的是，所述温度采集单元的温度采集芯片采用SOT-23封装的TM36芯片。

在上述任一技术方案中优选的是，所述485通道单元包括SP3485EN-L芯片；所述485通道单元用于与各种485通信的传感器或通信设备连接进行通信，是各种传感器的连接通道和调试的通道。

在上述任一技术方案中优选的是，所述AI通道单元采用微处理单元的主控芯片上AD实现各种模拟量的采集处理。

在上述任一技术方案中优选的是，所述DI通道单元为数字量的输入通道，用于采集各种门阀的开关信息。

在上述任一技术方案中优选的是，所述DO通道单元为数字量输出通道，用来发出控制信息，实现对门阀的开关控制。

在上述任一技术方案中优选的是，所述232通道单元连接泄露报警器，实现泄露浓度的实时采集。

在上述任一技术方案中优选的是，所述电源单元可采用一次性电池模块进行设备供电。

在上述任一技术方案中优选的是，所述电源单元可采用太阳能/市电和电源处理模块进行设备供电。

在上述任一技术方案中优选的是，所述一次性电池模块为一次性本安电池。

在上述任一技术方案中优选的是，所述电源单元采用了太阳能/市电和电源处理模块进行设备供电，各自通过不同的电源处理模块产生5V、9V、12V或24V的电源，各路电源互不影响独立工作，并且通过限流板连接控制主板以确保电路安全。

在上述任一技术方案中优选的是，所述数据实时采集远传器通过相应或相关联型防爆仪表配套连接数据实时采集控制系统，数据实时采集远传器实时跟踪监测现场相应设备设施的运行状态及数据、实时监控环境中燃气浓度、压力、温度、阀位开度现场数值数据和差压状态和切断阀状态、门禁状态、水位开关设备设施状态数据，通过其无线通讯模块定时上传采集数据、报警状态数据至数据实时采集控制系统，数据实时采集控制系统就地/远程配置数据采集周期、数据上传周期参数，并设定相应的上下限报警阈值，当触发报警时自动调整数据采集和上传周期，及时传达故障信息以确保燃气设施安全。

在上述任一技术方案中优选的是，所述数据实时采集远传器中采集单元、微处理单元、存储单元、无线通讯模块、温度采集单元、电源单元、485通道单元的各模块遵照GB3836系列标准，按照Exibmbd IIB T4 防爆要求进行设计并通过国家防爆电器产品认证；所述数据实时采集远传器可安装于爆炸性气体危险场所的1区和2区。

在上述任一技术方案中优选的是，所述用于燃气行业的数据实时采集远传器的电源单元通过限流板连接数据实时采集控制系统的控制主板，控制主板的电源入口处设置有防雷管，并增设了一个TVS二极管和一个瞬变抑制二极管达到防浪涌雷击的作用，以及反向并联了一个二极管防止电源反接，以确保数据实时采集控制系统的正常运行。

在上述任一技术方案中优选的是，所述控制主板与外部设备的连接，设置有隔离电路，以确保数据实时采集控制系统中器件的隔离与安全，实现控制信号的稳定及有效。

本实用新型的智慧燃气管理终端，其数据实时采集远传器在工作时，有两种模式：测试模式和正常工作模式。

与现有技术相比，本实用新型的上述技术方案具有如下有益效果：

（1）支持GSM/GPRS、CDMA无线通讯网络

本实用新型的智慧燃气管理终端内置特殊设计的、并通过国家防爆认证的本安型GSM/GPRS无线通讯模块。

（2）数据采集、监测与主动上传

本实用新型的智慧燃气管理终端具有基于物联网的STM32单片机，数据采样周期、数据上传周期、参数报警点、报警持续时间等均可设定。计量仪表通讯协议库可随时更新。定期采集传感器测量数据并及时进行跟踪运算和监测，定时或定期上传采集的数据和状态。通过现场配置软件可设定数据采集和上传的周期。

（3）采集数据的历史保存

本实用新型的智慧燃气管理终端，其存储单元对采集回来的一段时间内的数据进行本地的保存，当出现断电等意外时，可通过串口进行数据的读取，同时上端服务器也可与地面模块保存的数据进行实时的更新匹配，达到数据同步不丢失的效果。

（4）兼容标准的Modbus通信协议，并可对特殊仪表的通信协议自定义

本实用新型的智慧燃气管理终端，参数可设定模块的外接通信接口可与符合标准的Modbus协议的设备进行对接，对于特殊通信协议的设备也可进行自行设定，同时各个重要的参数量可进行自行设定。

（5）多仪表支持

本实用新型的智慧燃气管理终端，其输入输出过程通道设有3路485通道和1路232通道，其中485通道可用于调试模块和与其它传感器进行连接，232通道可连接泄露报警器，实现多仪表同时进行工作。

（6）防浪涌及短路，自保护

本实用新型的智慧燃气管理终端，其485通道以及电源接口处，增加了相应的保护隔离电路，具有防浪涌及短路保护功能。

（7）数据与状态报警

本实用新型的智慧燃气管理终端，监测到采集的数据或状态处于报警点时，及时上传报警信息。

（8）支持上下位数据交换

服务端系统与本实用新型的智慧燃气管理终端之间通过GSM/GPRS网络建立数据透明通道传输系统，可主动抄读数据记录和调整参数设定，可以远程对智能燃气表进行阀门控制的人性化操作。

（9）电源模块

针对不同的传感器电源，本实用新型的智慧燃气管理终端提供了3中不同电源，DC9V、DC12V、DC24V，兼容多种传感器的电源要求。

（10）整体防爆认证

本实用新型的智慧燃气管理终端，采用Ex ibmbd IIB T4级整体防爆设计并取得国家防爆电器产品认证，可安装于爆炸性气体危险场所之1区和2区。

（11）加密

本实用新型的智慧燃气管理终端，支持GPRS数据传输信道加密，可有效保证系统数据安全性；同时对主控MCU中的程序进行加密，防止模块中的程序被恶意篡改和拷贝。

（12）在线升级

本实用新型的智慧燃气管理终端能够通过串口实现在线升级功能，软件版本需要升级时，可通过串口进行配置或者通过服务器进行下发升级数据包，从而达到模块的升级功能。

（14）本实用新型的智慧燃气管理终端，设计结构化，GPRS模块、主板电路、电源模块可更换。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为按照本实用新型的智慧燃气管理终端的采用一次性电池工作的数据实时采集远传器的一优选实施例的结构示意图；

图2为按照本实用新型的智慧燃气管理终端的采用市电工作的数据实时采集远传器的一优选实施例的结构示意图；

图3为按照本实用新型的智慧燃气管理终端的采用市电工作的数据实时采集远传器的一优选实施例的电源多级防浪涌电路结构示意图；

图4为按照本实用新型的智慧燃气管理终端的采用市电工作的数据实时采集远传器的一优选实施例的隔离电路结构示意图；

图5为按照本实用新型的智慧燃气管理终端的采用市电工作的数据实时采集远传器的一优选实施例的DO通道单元电路结构示意图；

图6为按照本实用新型的智慧燃气管理终端的测试模式的一优选实施例的流程示意图；

图7为按照本实用新型的智慧燃气管理终端的正常工作模式的一优选实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

针对燃气行业的数据采集和传输在现有技术中所存在的问题，本实用新型实施例提出一种智慧燃气管理终端，它具有数据实时采集远传器及数据实时采集控制系统，可以支持GSM/GPRS、CDMA无线通讯网络，进行数据采集、监测与主动上传，采集数据可历史保存，具有兼容标准的Modbus通信协议并可对特殊仪表的通信协议自定义，多通道、多仪表支持，其电源模块具有防浪涌及短路、自保护，数据与状态报警，支持上下位数据交换，产品整体防爆认证，产品设计结构化，GPRS模块、主板电路、电源模块可更换。

实施例1

一种智慧燃气管理终端，用于燃气行业中燃气环境和燃气设备的数据实时采集及实时跟踪监测，该智慧燃气管理终端包括数据实时采集远传器和数据实时采集控制系统。数据实时采集远传器通过相应的本安型或本安关联型防爆仪表配套连接数据实时采集控制系统，数据实时采集远传器包括采集单元、微处理单元、存储单元、无线通讯模块、温度采集单元、电源单元和485通道单元，数据实时采集控制系统具有系统控制主板。其中，采集单元包括单片机及AI通道单元、DI通道单元、DO通道单元、232通道单元，AI通道单元、DI通道单元、DO通道单元和232通道单元用于调试模块、传感器、泄露报警器的多仪表同时进行工作。

如图1所示，本实施例所述的智慧燃气管理终端，采集单元用于定期采集传感器测量数据并及时进行跟踪运算和监测，定时或定期上传采集的数据和状态；采集单元与微处理单元、温度采集单元、485通道单元分别相连接。采集单元采用基于物联网的STM32单片机进行数据采样周期、数据上传周期、参数报警点、报警持续时间的设定且同时能实现自动切换参数功能，并建立有可随时更新的计量仪表通讯协议库。采集单元通过现场配置软件可设定基于物联网的STM32单片机的数据采集和上传的周期。

如图1所示，本实施例所述的智慧燃气管理终端，微处理器单元用于实现控制指令的发送和各项数据的处理；微处理器单元分别与采集单元、存储单元、无线通讯模块、电源单元相连接。微处理器单元的主控芯片采用STM32F107型芯片，STM32F107是意法半导体推出全新STM32互连型（Connectivity）系列微控制器中的一款性能较强产品，此芯片集成了各种高性能工业标准接口，且STM32不同型号产品在引脚和软件上具有完美的兼容性，可以轻松适应更多的应用。

如图1所示，本实施例所述的智慧燃气管理终端，无线通讯模块用于微处理器单元与服务器通信的通道，实现数据的收发；无线通讯模块与微处理单元相连接。无线通讯模块采用SIM800A芯片；SIM800A芯片为两频GSM/GPRS模块，采用了SMT封装，其性能稳定，外观小巧，性价比高，能满足客户的多种需求。SIM800A芯片的工作频率为GSM/GPRS 900/1800MHz，可以低功耗实现语音、SMS和数据信息的传输。SIM800A芯片的尺寸为24*24*3mm，能适用于各种紧凑型产品设计需求。

如图1所示，本实施例所述的智慧燃气管理终端，存储单元用于参数的保存和采集数据的保存；存储单元与微处理单元相连接。存储单元采用24LC32A型EEPROM和SST25VF064C型FLASH进行参数的保存和采集数据的保存，参数保存在EEPROM中，采集数据保存在FLASH中。

如图1所示，本实施例所述的智慧燃气管理终端，电源单元与微处理单元相连接，电源单元采用一次性电池模块供电。一次性电池模块采用一次性本安电池。

如图1所示，本实施例所述的智慧燃气管理终端，温度采集单元用于采集RTU设备所在环境温度，实现温度实时监测；温度采集单元连接采集单元。温度采集单元的温度采集芯片采用SOT-23封装的TM36芯片。

如图1所示，本实施例所述的智慧燃气管理终端具有多组输入输出过程通道：485通道单元包括SP3485EN-L芯片，485通道单元用于与各种485通信的传感器或通信设备连接进行通信，是各种传感器的连接通道和调试的通道。AI通道单元采用微处理单元的主控芯片上AD实现各种模拟量的采集处理。DI通道单元为数字量的输入通道，用于采集各种门阀的开关信息。DO通道单元为数字量输出通道，用来发出控制信息，实现对门阀的开关控制。232通道单元连接泄露报警器，实现泄露浓度的实时采集。

本实施例所述的智慧燃气管理终端，数据实时采集远传器通过相应或相关联型防爆仪表配套连接数据实时采集控制系统，数据实时采集远传器实时跟踪监测现场相应设备设施的运行状态及数据、实时监控环境中燃气浓度、压力、温度、阀位开度现场数值数据和差压状态和切断阀状态、门禁状态、水位开关设备设施状态数据，通过其无线通讯模块定时上传采集数据、报警状态数据至数据实时采集控制系统，数据实时采集控制系统就地/远程配置数据采集周期、数据上传周期参数，并设定相应的上下限报警阈值，当触发报警时自动调整数据采集和上传周期，及时传达故障信息以确保燃气设施安全。

本实施例所述的智慧燃气管理终端，数据实时采集远传器的采集单元、微处理单元、存储单元、无线通讯模块、温度采集单元、电源单元、485通道单元的各模块遵照GB3836系列标准，按照Exibmbd IIB T4 防爆要求进行设计并通过国家防爆电器产品认证。数据实时采集远传器可安装于爆炸性气体危险场所的1区和2区。

实施例2

用于燃气行业中燃气环境和燃气设备的数据实时采集及实时跟踪监测的智慧燃气管理终端，其数据实时采集远传器包括采集单元、微处理单元、存储单元、无线通讯模块、温度采集单元、电源单元，以及485通道单元。单片机及AI通道单元、DI通道单元、DO通道单元、232通道单元组成了采集单元。采集单元与微处理单元、温度采集单元、485通道单元分别连接，微处理器单元分别与采集单元、存储单元、无线通讯模块、电源单元相连接。采集单元用于定期采集传感器测量数据并及时进行跟踪运算和监测，定时或定期上传采集的数据和状态；微处理器单元用于实现控制指令的发送和各项数据的处理；无线通讯模块用于微处理器单元与服务器通信的通道，实现数据的收发；存储单元用于参数的保存和采集数据的保存；温度采集单元用于采集RTU设备所在环境温度，实现温度实时监测。AI通道单元、DI通道单元、DO通道单元、232通道单元的多组输入输出过程通道用于调试模块、传感器、泄露报警器等设备的多仪表同时进行工作。

本实施例所述的智慧燃气管理终端，数据实时采集远传器通过相应或相关联型防爆仪表配套连接数据实时采集控制系统，数据实时采集远传器实时跟踪监测现场相应设备设施的运行状态及数据、实时监控环境中燃气浓度、压力、温度、阀位开度现场数值数据和差压状态和切断阀状态、门禁状态、水位开关设备设施状态数据，通过其无线通讯模块定时上传采集数据、报警状态数据至数据实时采集控制系统，数据实时采集控制系统就地/远程配置数据采集周期、数据上传周期参数，并设定相应的上下限报警阈值，当触发报警时自动调整数据采集和上传周期，及时传达故障信息以确保燃气设施安全。数据实时采集远传器中各模块均遵照GB3836系列标准，按照Exibmbd IIB T4 防爆要求进行设计并通过国家防爆电器产品认证。该产品可安装于爆炸性气体危险场所的1区和2区。

与实施例1所述技术方案不同的是，本实施例的智慧燃气管理终端，数据实时采集远传器的电源单元还可以采用太阳能/市电和电源处理模块对设备进行供电。如图2所示实施方式，市电工作中的数据实时采集远传器，其电源模块连接微处理单元。电源模块采用了太阳能或市电和电源处理模块进行设备供电，各自通过不同的电源处理模块产生5V、9V、12V、24V的电源，各路电源互不影响独立工作，并且通过限流板连接控制主板以确保电路安全。以下结合图3至图5进行具体说明。

本实施例的智慧燃气管理终端，数据实时采集远传器的电源模块的电路在设计时，充分参考国标的防爆标准，对电路中的电流、隔离等参数项进行了详尽的考虑。首先设计了两种类型的电源供电板：太阳能或市电进行设备供电，并各自通过不同的电源处理模块产生5V、9V、12V、24V的电源，各路电源互不影响独立工作，然后在连接系统控制主板时通过限流板后进行连接，从而使电源供电板对控制主板供的电在电流方面有所限制，满足本质安全电路的要求。

主板电源入口处，通过防雷管起泄放雷电暂态过电流和限制过电压作用，也就是防浪涌。后面又增加了一个TVS二极管和一个瞬变抑制二极管弥补防雷管响应速度慢等缺点。最后反向并联了一个二极管，起到防止电压反向输入和稳压的作用。通过多级的防浪涌等保护防止瞬变电压进入控制系统，保证了整个系统的正常运行。电路设计结构如图3所示。

电路隔离方面，在处理控制主板与外部设备的连接时，充分考虑了器件的隔离与安全问题，如485通道单元，从控制微处理器到485芯片，之间采用光电隔离芯片，且传输数据引脚与控制引脚使用不同速率的隔离芯片，以达到有效的隔离与控制效果。另外在485通道单元的输出引脚，通过TVS管、限流电阻及防雷管组成的保护电路来实现外部干扰对控制主板电路的冲击影响。具体电路结构如图4所示。

DO输出单元在设计时考虑到系统控制信号的稳定及有效性，在微处理单元的信号输出引脚并没有直接输出，而是通过搭建的数字量输出电路进行实现这一功能，从而使控制信号更加准确可靠。具体电路结构如图5所示。

实施例3

如实施例1或实施例2所述的智慧燃气管理终端，具有数据实时采集远传器及数据实时采集控制系统，当数据实时采集远传器工作于测试模式中，数据实时采集远传器通过接收配置软件的具体指令对其连接的各路传感器进行控制操作。

如图6所示，数据实时采集远传器开始工作，将接收到的配置数据进行校验，如果校验结果错误，返回重新接收配置数据，如果校验结果正确，则发送指令，接收数据并上传到上位机，直至测试结束。

实施例4

如实施例1或实施例2所述的智慧燃气管理终端，具有数据实时采集远传器及数据实时采集控制系统，当数据实时采集远传器处于正常工作模式中，如图7所示，数据实时采集远传器首先接收配置软件的配置指令，对正常采集频率、正常发送频率、报警采集频率、报警发送频率各个单元的连接情况和各项采集数据的上下限等进行配置，如果未接收到配置指令则按默认参数自动配置，完成参数配置后，数据实时采集远传器按照设定好的采集间隔主动向各路传感器发送采集指令进行采集数据，并对采集回来的数据进行初步处理，如果数据正常则按照相应的正常发送频率发送到服务器；如果采集回来的数据超出了配置的上下限范围，则数据实时采集远传器会进行报警处理，同时调整采集频率和发送频率，并按一定频率向服务器发送报警主题，直至报警状态解除数据恢复正常。

以上所述仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非是对本实用新型的范围进行限定；以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围；在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的任何修改、等同替换、改进等，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。